高中化学化学电源新型电池填空题

(14分)A、B、C、D、E、F均为短周期元素，其原子序数依次增大。已知：A的最外层电子数等于其电子层数；B的最外层电子数是次外层电子数的两倍；D是地壳中含量最高的元素；D和F、A和E分别同主族；E是所有短周期主族元素中原子半径最大的元素。根据以上信息回答下列问题：
（1）B与D形成化合物BD₂的结构式为              。
（2）A、C、D三元素能形成一种强酸甲，写出单质B与甲的浓溶液反应的化学反应方程式         。FD₂气体通入BaCl₂和甲的混合溶液，生成白色沉淀和无色气体CD，有关反应的离子方程式为_____。
（3）均由A、D、E、F四种元素组成的两种盐，其相对分子质量相差16，写出它们在溶液中相互作用的离子方程式为____________________________________；由B、D、E组成的盐溶于水后溶液显碱性，其原因是（用离子方程式表示）_______________。
（4）C₂A₄─空气燃料电池是一种碱性燃料电池。电解质溶液是20％～30％的KOH溶液。则燃料电池放电时：正极的电极反应式是______________；负极的电极反应式为          。

（1）甲醇(CH₃OH)是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义。为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-。电池工作时正极反应式为                    。
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu^2+	H^+	Cl^-	SO4^2-
c/mol·L^-1	1	4	4	1

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气标况下的体积为       L。
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用右图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式                      ；
②除去甲醇的离子反应为                                        ，该过程中被氧化的元素是_____     ，当产生标准状况下2.24 L CO₂时，共转移电子    mol。

依据原电池原理，回答下列问题：

图（1）                          图（2）
（1）图（1）是依据氧化还原反应：Cu(s)＋2Fe^3＋(aq)＝Cu^2＋(aq)＋2Fe^2＋(aq)设计的原电池装置。
①电极X的材料为是             ；电极Y的材料为是           。
②Y电极发生的电极反应式为：                                。
（2）图（2）是使用固体电解质的燃料电池，装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2－离子(O₂＋4e^―→2O^2－)。
① c电极的名称为                    ②d电极上的电极反应式为                                   。

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
请回答下列有关含氮物质的问题：
（1）右图是1molNO2和1molCO反应生成CO2 和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式_____________________________________；

恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是___(填序号)。

A．容器内混合气体颜色不再变化

B．容器内的压强保持不变

C．v逆(NO2)＝v正(NO)

D．容器内混合气体密度保持不变

（2）汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致：
N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH>0，已知该反应在2404℃时，平衡常数K＝64×10－4。
该温度下，某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10－1 mol/L、4.0×10－2 mol/L和3.0×10－3 mol/L，此时反应_______(填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”)。
（3）肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。总电池反应为N2H4+O2 = N2+2H2O。该电池放电时，负极的电极反应式是_________。
（4）盐酸肼（N2H6Cl2）是一种重要的化工原料，属于离子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理与NH4Cl类似。写出盐酸肼第一步水解反应的离子方程式_____________________________________。

下面是某课外小组从初选后的方铅矿【主要成分PbS，含少量黄铜矿（CuFeS₂）中提取硫磺、铜、铅的工艺流程：

（1）黄铜矿（CuFeS₂ ）中Fe元素的化合价为     ，提高方铅矿酸浸效率的措施有        （写出两种方法即可）。
（2）过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、    ；单质A是    ；在此工艺操作中可循环利用的物质有铅和
（3）在酸性的FeC1₂溶液中加入H₂0₂溶液，其反应的离子方程式为         。
（4）PbS0₄与PbS加热条件下反应的化学方程式为．                    ．将沉淀PbSO₄与足量的碳酸钠溶液混合，沉淀可转化为PbCO₃,写出该反应的平衡常数表达式：K＝      。（己知Ksp(PbSO₄）="1.6x" 10^－5，Ksp(PbC0₃）=3.3x10^-14）
（5）铅蓄电池的电极材料分别是Pb和PbO₂,电解质溶液为硫酸。铅蓄电池充放电的总反应方程式为：PbO₂+Pb+2H₂SO₄2PbS0₄+2H₂0,充电时，铅蓄电池阳极的电极反应式为         。

近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果。
（1）德国克莱斯公司成功研制了甲醇(CH₃OH)制氢车载燃料电池工艺，其原理如下流程图所示：

①流程图中，甲醇与水在选择氧化器中反应生成二氧化碳和氢气，写出该反应的化学方程式            
②该车载燃料电池的介质为碱性环境，请写出该燃料电池的正极反应式为                            
（2）美国Bay等工厂成功研制了以甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

①此流程的第Ⅱ步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的化学平衡常数表达式K＝     
②此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如下表，在830 ℃、以表中的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有________(填实验编号)。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6
实验编号	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1

③若400 ℃时，第Ⅱ步反应生成1 mol氢气的热效应值为33.2kJ，第Ⅰ步反应的热化学方程式为：CH₄(g) ＋ H₂O(g) === 3H₂(g) ＋ CO(g) ΔH＝－103.3 kJ·mol^－1则400 ℃时，甲烷和水蒸反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为：                          
（3）我国科学家研究了常温下利用Pt等催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的方法，下图是三种催化剂在光照分解水实验中的效果比较图。

要得出如图所示的实验结果，需要测定的实验数据是             ，本实验的目的是                 。

全球气候变暖已经成为全世界人类面临的重大问题，温家宝总理在“哥本哈根会议”上承诺到2020年中国减排温室气体40%．

（1）降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为2L的恒容密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=﹣49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH_（g）的浓度随时间变化如图1所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=___mol/（L•min）；
②氢气平衡时的物质的量浓度为___________；
③下列措施中能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是___________．

A．升高温度

B．充入He（g），使体系压强增大

C．将H2O（g）从体系中分离出去

D．再充入1mol CO2和3mol H2

④当反应达到平衡时， H₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，待反应再一次达到平衡后，H₂的物质的量浓度为c₂．则c₁______c₂的关系（填＞、＜、=）．
（2）减少温室气体排放的关键是节能减排，大力开发利用燃料电池就可以实现这一目标．如图2所示甲烷燃料电池就是将电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定．将其插入KOH溶液从而达到吸收CO₂的目的．请回答：

①通入甲烷一极的电极反应式为___________；
②随着电池不断放电，电解质溶液的pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率___________（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率．

(9分)下图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：

（1）N的电极反应式为 ：
乙池的总化学方程式是                                              ，
加入甲烷的铂电极的电极反应式为                                    。
（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4．32g时，甲池中理论上消耗氧气为      L（标准状况下）；若此时乙池溶液的体积为200mL，则乙池中溶液的H⁺的浓度为         。

汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO+2CO2CO₂+N₂．在密闭容器中发生该反应时c(CO₂)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图所示。

① T₁＿(填“>”“<”或“=”)T₂。
② 在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v(N₂)=________。
（2）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可形成燃料电池，其原理如图所示。通入O₂的一极为_______(填“正极”或“负极”)，该电池在使用过程中石墨I电极上生成N₂O₅，其电极反应式为_________。

(14分)工业上为了测定辉铜矿（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的质量分数，设计了如图装置。实验时按如下步骤操作：

A．连接全部仪器，使其成为如图装置，并检查装置的气密性。

B．称取研细的辉铜矿样品1.000g。

C．将称量好的样品小心地放入硬质玻璃管中。

D．以每分钟1L的速率鼓入空气。

E．将硬质玻璃管中的辉铜矿样品加热到一定温度,发生反应为:Cu₂S+O₂=SO₂ +2Cu。
F．移取25.00ml含SO₂的水溶液于250ml锥形瓶中，用0.0100mol/L KMnO₄标准溶液滴定至终点。按上述操作方法重复滴定2—3次。

试回答下列问题：
（1）装置①的作用是_________________；装置②的作用是____________________。
（2）假定辉铜矿中的硫全部转化为SO₂，并且全部被水吸收，则操作F中所发生反应的化学方程式为                              
（3）若操作F的滴定结果如下表所示，则辉铜矿样品中Cu₂S的质量分数是_________。

滴定次数	待测溶液的体积/mL	标准溶液的体积
滴定前刻度/mL	滴定后刻度/mL
1	25.00	1.04	21.03
2	25.00	1.98	21.99
3	25.00	3.20	21.24

（4）本方案设计中有一个明显的缺陷影响了测定结果（不属于操作失误），你认为是                                                         （写一种即可）。
（5）已知在常温下FeS 的 Ksp＝ 6.25 × 10 ^－18, H₂S 饱和溶液中 c (H^＋）与 c (S^2－）之间存在如下关系： c² (H^＋) ·c（S^2－) = 1.0×10^－22。在该温度下，将适量 FeS 投入硫化氢饱和溶液中，欲使溶液中（Fe²⁺）为 lmol/L，应调节溶液的c（H^十）为__________________。　
（6）某人设想以右图所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式______．

Ⅰ.重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，重铬酸钾的溶解度随温度影响较大。工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO·Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产它，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下图。涉及的主要反应是:
6FeO·Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃=12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的作用是              。
（2）步骤③调节pH后过滤得到的滤渣是            。
（3）操作④中，酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出平衡转化的离子方程式           。
（4）用简要的文字说明操作⑤加入KC1的原因            。
（5）称取重铬酸钾试样2.500g配成250mL溶液，取出25mL于锥形瓶中，加入10mL 2mol/ LH₂SO₄和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr³⁺），放于暗处5min。然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200 mol/LNa₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^一十S₄O₅^2-）
判断达到滴定终点的依据是            。
Ⅱ.氨作为一种富氢化合物，具有各种优点，特别是氨有着良好的产业基础，价格低廉，氨作为燃料电池燃料具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池示意图，回答下列问题

（1） a电极的电极反应式为_________________________；
（2）反应一段时间后，电解质溶液的pH将_________
（填“增大”“减小”或“不变”）；
（3）已知：①N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g) △H="-92.4" kJ/mol，
②2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g) △H=-483.6kJ/mol，
试写出氨气完全燃烧生成气态水的热化学方程式：________________________；

下表是元素周期表的一部分，所列字母分别代表一种元素。

A

B

C

D

E

F

G

H

M

N

P

（1）M元素基态原子外围电子排布式为                 ；
（2）下列有关说法正确的是     （填序号）；
①B、C、D元素的电负性逐渐增大
②F、G、H元素的第一电离能逐渐增大
③B、G、P三种元素分别位于元素周期表的p、s、d 区
④F、G分别与E组成的物质的晶格能，前者比后者低
⑤A、B和D以原子个数比2：1：1构成的最简单化合物分子中σ键和π键的个数比为3：1
（3）与C的最简单氢化物互为等电子体的离子是   （填化学式）,写出该离子与其等电子的阴离子反应的离子方程式             ；
（4）煤矿瓦斯气体（主要成分为BA₄）探测仪是以燃料电池为工作原理，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动；

①负极的电极反应式为：                                ；
②正极的电极反应为：                                ；
③传感器中通过的电流越大，表明BA₄的浓度越                。
（5）已知G和稀硝酸反应，还原产物为C₂D气体，若硝酸浓度再稀，则还原产物为CA₃，并与过量的硝酸反应生成CA₄CD₃。现将9.6g G与1L1.10mol/L的稀硝酸(过量)充分反应，收集到aL气体（标准状况），同时测得溶液中c(CA₄⁺)=0.08mol/L(假设反应前后溶液体积不变)。
①a＝         L。②反应后溶液pH=       。

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)  ΔH= -196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g) ΔH= -113.0kJ·mol^-1
则反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)的ΔH=         kJ·mol^-1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2∶1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是            。

A．体系压强保持不变	B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变	D．每消耗1molSO3的同时生成1mol NO

测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5∶1，则平衡常数K=        。
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（2）所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：                                                   。

（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（3）所示的原电池装置。
① 该电池工作时，OH^-向         极移动（填“正”或“负”）。
② 该电池正极的电极反应式为                              。

CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H="-890.3" kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H="2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H="-566.0" kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=            。
（2）为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验： 在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）  CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=" -" 49.0kJ/mol。测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率
v（H₂）=            mol/（L·min）
②该反应的平衡常数表达式为               ，升高温度，平衡常数的数值将       （填“增大”、“减小”或“不变”）。
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是         。

A．升高温度

B．充入He（g），使体系压强增大

C．将H2O（g）从体系中分离

D．再充入1molCO2和3molH2

④在25℃、101kPa下，1g液态甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为________________________。
⑤我们常用的一种甲醇燃料电池，是以甲醇与氧气的反应为原理设计的，其电解质溶液是KOH溶液。写出该电池负极的电极反应式__________________________。

（1）已知N≡N、N﹣H、H﹣H的键能分别为946kJ•mol^﹣1、390kJ•mol^﹣1、436kJ•mol^﹣1．试根据盖斯定律，写出合成氨反应的热化学方程式__________________________________________。
（2）在通常状况下，足量氢氧化钠的稀溶液与含溶质为1mol的稀硫酸完全反应时放出akJ的热量，写出该反应中和热的热化学方程式______________________________________________________。
（3）以镁和铝为电极，以NaOH作电解质溶液，构成原电池时，铝做负极，其电极反应式为__________；
与MnO₂﹣Zn电池类似，K₂FeO₄﹣Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，在反应中还原产物为Fe(OH)₃ ,则正极电极反应式为__________________________________________。